学文网摘 要：FlAC3D作为数值模拟软件已经被越来越多的应用于工程地质学方面的研究，文章主要阐述了FLAC3D软件的基本原理和特征，通过对FLAC3D在工程地质学方面的应用现状进行分析，指出了其应用中的不足之处，认为其在工程地质学方面大有可为。
关键词：FLAC3D；应用现状；工程地质
1 FLAC3D原理
FLAC3D是利用显示差分方法来求解运动方程以及动力方程的一种软件。在计算的时候，首先要把想要计算的区域进行离散化处理，将其分解成为若干个单元，单元与单元之间由节点进行联结，当节点受到荷载的作用之后，就可以将其运动方程表示成为时间步长为Vt的形式。表示的意思是指在某一个很小的时间段以内，该节点上受到的荷载作用只对其周围的若干个节点存在影响。然后可以根据节点速度的变化，求解出来单元与单元之间的相对位移，从而进一步求解出单元的应变状态。之后，随着设定的时间段的不断增长，上述的影响过程将向整个区域进行扩展，进而求解出单元与单元之间的不平衡力。然后，将求解得到的不平衡力重新作用到相应的节点上，再进行下一步的迭代过程，直到计算出来的平衡力足够小的程度或者节点的位移渐渐达到平衡为止。FLAC3D软件中有10种内置的本构模型，在进行相关计算的时候，可以有针对性根据不同材料对本构模型进行选取，从而使其能够相对真实地反映出来实际材料的力学动态。FLAC3D软件的计算特征：一是在模拟材料塑性破坏和流动的时候，其采用的主要是“混合离散法”；二是在求解的时候，既可以采用模拟静态系统，也可以采用动态运动方程，从而使得FLAC3D软件在模拟物理不稳定过程中不会存在着数值上的障碍；三是求解微分方程时采用的是显式差分法。
2 FLAC3D应用
2.1 在应力方面的应用
大型岩土工程施工设计前必须对岩体初始地应力和围岩稳定性进行分析。曾范永等[1]通过对FLAC3D计算模型施加自重力和在模型边界施加切向和法向力的方法，分析了断层构造及埋深对地层主应力的影响。余洋等[2]利用多元线性回归的方法建立FLAC3D数值模型，进行矿区地应力回归。邱道宏等[3]利用FLAC3D程序建立了该区域的数值计算模型，反演了计算区域的初始地应力场。曹兰柱等[4]使用FLAC3D对边坡的应力应变和位移变化进行了数值模拟分析，很好的分析边坡的稳定性。王宏伟等[5]基于FLAC3D数值分析软件模拟矿区开采，得到开采过程中的边坡应力、位移变化情况。薛海斌等[6]借助FLAC3D软件实现了边坡的渐进性破坏过程模拟解决了应变软化边坡稳定性的分析问题。
2.2 在渗流等耦合作用方面的应用
顺倾向层状岩质边坡的研究方法多以基于力学体系的分析推导和模型实验为主。丁梓涵等[7]人利用FLAC3D精细模拟岩层厚度，探讨岩层倾角对顺倾向层状边坡地震效应的影响。朱二磊等[8]应用FLAC3D对该隧道工程的支护结构和支护参数进行优化，提出了围岩稳定性分段支护的方案。马彦康等[9]利用FLAC3D分析了目标区移动变形区的走向位移、垂直应力分布和塑性破坏区的影响。易理德等[10]应用FLAC3D对云南某矿体上下盘矿层开挖回采时的变形规律进行研究。
2.3 在裂隙岩体损伤过程方面的应用
裂隙岩体是坝基、边坡及地下硐室等岩石工程中广泛遇到的一类复杂的岩体，其强度和渗透性等特性将直接影响各类岩土工程施工设计与运行期的稳定性，付金伟等[11]运用FLAC3D对渗流影响下裂隙岩体的损伤和渐进破裂过程进行了研究。金煜皓等[12]利用FLA
C3D选取代表性断面建立三维结构-地基模型，计算核电站取水沟道直管段及弯道段在静动力工况下内力及变形的变化情况。
3 结束语
尽管FLAC3D软件有着非常强大的功能，但是其在模型的建立以及单元网格的划分处理问题上却一直存在着需要改进的地方，主要表现为：（1）FLAC3D模型的建立只能靠数据文件来实现，不可以直接对相关***形进行处理。（2）在处理相对较为复杂的工程模型时，需要提供各个控制点的较为详细数据。主要是由于FLAC3D软件对于输入到其中的数据，并不能判断它是否合理。（3）FLAC3D然间在建模的时候工作量相对较大，花费的时间总体而言也比较长，这就直接造成了利用FLAC3D进行模拟计算时不仅周期长而且难度大。但是，虽然FLAC3D软件从目前来看仍然存在着一些的不足，但是FLAC3D在各领域的使用还是越来越广泛，它已经开始与相关的其他重要软件如MAPGIS、CAD、ANSYS等进行配合使用，随着FLAC3D的功能不断拓展，它将在工程地质方面大放异彩。
参考文献
[1]曾范永，王连国，路银龙.基于FLAC3D的不同埋深地应力场分布特征的研究[J].煤炭技术，2016，35（1）：108-110.
[2]于洋，刘晓丽，王建新，等.陡倾岩层矿区地应力回归与分析[J].地下空间与工程学报，2015，11（2）：133-136.
[3]邱道宏，李术才，张乐文，等.基于隧洞超前地质探测和地应力场反演的岩爆预测研究[J].岩土力学，2015，36（7）：100-102.
[4]曹兰柱，孙成亮，王东，等.FLAC3D的露天矿边坡变形破坏数值模拟分析[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2016，36（7）：108-110.
[5]王宏伟，王攀，王永强，等.马钢凹山露天采场南帮边坡监测及稳定性分析[J].金属矿山，2016（3）：101-105.
[6]薛海斌，***发宁，尹小涛，等.应变软化边坡稳定性分析方法研究[J].岩土工程学报，2016，38（3）：324-326.
[7]丁梓涵，赵其华，彭社琴，等.岩层倾角对顺倾向边坡地震效应的影响[J].地震工程学报，2015，37（4）：81-84.
[8]朱二磊，朱永建，王平，等.基于FLAC3D的浅埋破碎围岩隧道支护方案分段优化分析[J].矿业工程研究，2015，30（4）：99-102.
[9]马彦康，杨本水.FLAC3D在张集煤矿开采沉陷预测中的应用分析[J].安徽建筑大学学报，2015，23（5）：205-208.
[10]易理德，熊毅，王卓雄.基于FLAC3D数值模拟的某矿山不同采矿方法对比[J].山西建筑，2016，42（9）：109-111.
[11]付金伟，朱维申，张敦福，等.渗流影响下岩石损伤和渐进破裂演化过程的数值试验研究[J].水文地质工程地质，2015，42（1）：360-
365.
[12]金煜皓，赵杰，尹训强.山东海阳核电站一期取水沟道抗震性能分析[J].水利与建筑工程学报，2016，14（1）：1140-1144.
作者简介：胡杨（1983-），男，讲师，主要从事数值模拟研究。
转载请注明出处学文网 » 浅论FLAC3D的应用现状